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• Nelson Chambi Licona

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UNIVERSIDAD

MAYOR

DE SAN SIMÓN

FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA LIC. EN INGENIERÍA QUÍMICA

PRACTICA Nº5 PRODUCCIÓN DE CERVEZA

MATERIA: Laboratorio de introducción a la ingeniería bioquímica CARRERA:

Ing. Química

DOCENTE:

Lic. Ruder

UNIVERSITARIOS: Chambi Licona Nelson Freddy Cordova Herbas Pablo

COCHABAMBA – BOLIVIA MARCO TEÓRICO

Tipos de fermentación alcohólica Fermentación industrial La fermentación etílica ha sufrido algunas transformaciones con el objeto de aumentar la eficiencia química del proceso. Una de las mejoras más estudiadas en la industria es la posibilidad de realizar la fermentación alcohólica continua con el objeto de obtener mayores cantidades de etanol. Hoy en día el procesamiento industrial de algunas bebidas alcohólicas como puede ser el vino o la cerveza se realizan en ambientes controlados capaces de ofrecer a un ritmo apropiado de estos productos de consumo al mercado. Esta vía ofrece una amplia materia de investigación en temas de eficiencia de bioreactores, empleando para ello teoría de sistemas de control (el problema desde el punto de vista de ingeniería de sistemas es altamente no lineal y oscilatorio). Otra vía de investigación acerca de la mejora de los procesos industriales es la mejora de las cepas de levaduras (como puede ser la Zymomonas Mobilis que ofrece ventajas en los procesos continuos de fermentación), permitiendo la convivencia de una mayor densidad de las mismas durante la producción. Los métodos de fermentación continua se empezaron a patentar en la década de los 1950 y desde entonces han hecho que la industria de las bebidas alcohólicas haya experimentado un crecimiento apreciable. Una de las características de la fermentación etílica industrial es la selección adecuada de las levaduras a inocular en el proceso de fermentación con el objeto de aumentar el rendimiento de la producción. La fermentación industrial típica es esencialmente un proceso que se produce en un recipiente llamado fermentador o en general, biorreactor, mediante el cual determinados sustratos que componen el medio de cultivo (levaduras) son transformadas mediante la reacción microbiana en metabolitos y biomasa. Estos contenedores son herméticos y permiten retirar mediante canalizaciones apropiadas el dióxido de carbono resultante. Durante el proceso los microorganismos van aumentando de concentración en el transcurso de la reacción al mismo tiempo que el medio va modificando sus propiedades químicas y se forman productos nuevos como consecuencia de las reacciones anabólicas.

Fermentaciones naturales La fermentación alcohólica con la emisión de ciertas cantidades de etanol se produce de forma espontánea en la naturaleza siempre que se encuentre un azúcar y una atmósfera pobre de oxígeno, es por esta razón que ocurre espontáneamente en el interior de algunas frutas que se puede decir sufren un proceso de maduración anaeróbica, tal y como puede ser el melón curado que muestra olor a alcohol, o los mismos cocos. Un aspecto de la fermentación alcohólica natural o espontánea se puede dar en ciertas frutas como el de la vid, en una fase inicial en la que las uvas se incluyen en las cubas madre de acero inoxidable y se produce la denominada fermentación tumultuosa encargada de hacer aparecer las primeras trazas de etanol. Una de las fermentaciones naturales más habituales en las frutas y que se emplea en los procesos de vinificación de algunos vinos es la denominada Maceración carbónica. Este tipo de fermentación causa a veces intoxicaciones etílicas a los insectos que se alimentan de las frutas maduras. Fermentaciones específicas Las fermentaciones específicas son manipuladas por el hombre con el objeto de obtener el etanol en ciertas bebidas. Para ello se emplean principalmente los azúcares de las frutas, los cereales y de la leche. La producción de estas bebidas es en la mayoría de los casos local debido a la disponibilidad de los substratos, por ejemplo en los países mediterráneos la uva es frecuente y por lo tanto la fermentación del vino también, el mismo patrón puede hacerse con otros materiales como el arroz en Asia o el maíz en Latinoamérica. De esta forma la tradición de los procesos de fermentado se han asociado a las diversas etnias o grupos sociales. Fermentación de la cerveza La cerveza es una bebida alcohólica producida por la fermentación alcohólica mezcla de algunos cereales (en forma de malta) mezclados con agua. Los cereales empleados son por regla general: cebada, centeno, trigo, etc. El contenido de la cerveza ya se reglamentó en Europa en la famosa ley alemana de la Reinheitsgebot que data del año 1516.

Las levaduras empleadas en el proceso de fermentación de la cerveza se dedican a trabajar contra la maltosa y por regla general suelen depender de las características del producto cervecero final que se desee obtener, por ejemplo se suele emplear la Saccharomyces cerevisiae para elaborar cervezas de tipo ale (de color pálido) y la saccharomyces carlsbergensis que sirve para la elaboración de la cerveza tipo lager (Generalmente de color rubio) y la Stout (Cerveza oscura de alto contenido alcohólico generalmente más dulce, un ejemplo: Guinness). El proceso de fermentación en la cerveza en las cubas de fermentación ronda entre los 5 y 9 días. La industria cervecera ha seleccionado durante siglos las cepas de levaduras para que se adaptaran al proceso de elaboración de cerveza, logrando una gran variedad de las mismas. Durante el proceso se le añade lúpulo (Humulus lupulus) con el objeto de saborizar, aromatizar y controlar las reacciones enzimáticas durante el proceso de elaboración de la cerveza. El proceso de fermentación de la cerveza se produce en un medio ácido que suele oscilar entre los pH 3,5 y 5,6. Por regla general la fermentación de la cerveza se regula mediante la regulación de la temperatura de la fermentación del mosto de malta. Existen en la elaboración de la cerveza dos tipos fundamentales de fermentación etílica, dependiendo del lugar físico donde se realiza la fermentación en la cuba madre, la razón de esta fermentación se debe a la estructura química de la capa celular de la levadura y a la propiedad floculante de las levaduras de la cerveza: 

Baja fermentación - Estas cervezas son fermentadas con levaduras específicas (Saccharomyces uvarum bzw.y la Saccharomyces carlsbergensis) que se hunden en la parte inferior de la cuba (de ahí su nombre de fermentación baja). Las fermentaciones de este tipo se producen a temperaturas relativamente bajas 4– 9 °C. Las cervezas de este tipo corresponden a las del tipo Pilsen, Bockbier, la Doppelbock (doble Bock), la Export, Lager, Zwickel, Zoigl

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Alta fermentación - Son cervezas elaboradas con levaduras del tipo saccharomyces cerevisiae, las fermentaciones de este tipo se producen a temperaturas relativamente altas 15–20 °C. Estas levaduras tienden a flotar y por eso se denominan "fermentación alta". Algunas cervezas típicas de esta categoría son las

alemanas: Kölsch, la Weißbier, la Weizenbier o cerveza de trigo típica de Baviera, la Gose, la Berliner Weiße, las cervezas de tipo Ale, etc. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL En la producción de cerveza se pueden identificar claramente cuatro etapas: Operación en vía seca Operación en vía húmeda Operaciones de fermentación Operaciones de post-fermentación Estas cuatro etapas se dan mayormente en la industria por esto especificaremos después de cada una como se procederá en laboratorio, puesto que no puede procederse igual pero será semejante. Operación en vía seca.- Tiene como finalidad transformar la cebada en malta. 

Recepción.-Cebada guiñon, pilse y germen. % almidón (55 -60%) % Proteínas (8 – 10%) % Germinación (>96%) % Humedad (5 -8%) En este punto de manera experimental solo observaremos la homogeneidad de los granos de cebada, tamaño y color.

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Clasificación y limpieza.- El lavado de tanques se a automatizado. 1º lavanda 2º lavanda

paja terrones

sae separa (cribas) separ (flujo de aire)

Una vez que la malta ingresa ala cervecería, es sometida a un riguroso proceso de limpieza y selección antes de ser almacenada. En este punto se tomara toda la cebada y se la lavara bien con agua potable, para eliminar la tierra y las pajas que estén presentes.

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Almacenamiento.- La malta es almacenada en silos especialmente diseñados para garantizar y mantener permanentemente la calidad de esta importante materia prima estos silos miden de 8 a 10 metros de diámetro y altuira de 30 a 40 metros. Este paso se saltara puesto que la experiencia se realizara de corrido, no existira almacenaje.

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Remojo.- Se deja en contacto con el agua un tiempo de 6 horas(agua sin oxigeno y luego se elimina), se deja sin agua 3 horas, se llena nuevamente con agua fresca, hasta que el grano tenga 48% de humedad (30 – 48 horas) En este punto se dejara la cebada remojar en un bañador hasta que el grano se hinche lo suficiente, casi duplicando su volumen.

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Germinación.- Humidificación se toma aire del exterior  ventiladores y hacemos pasar el aire por tubos con refrigerante dentro y luego duchas  aire frio húmedo. En este punto se tomara en grano húmedo y se lo esparcirá en una manta al sol, volteándolo periódicamente y humedeciéndolo si se llega a secar, este proceso se realizara hasta la formación de una gemula blanca en uno de los lados del grano, se espera a que estas gemulas tengan un tamaño aproximado de ¾ el tamaño del grano, entonces se detiene la germinación. Es importante controlar el tamaño de la gemula pues si esta crece demasiado consume la reserva alimenticia del grano es decir el almidón generado durante la germinación.

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Secado.- Detener la germinación para evitar pérdidas de la reserva alimenticia. Cuidado con la proteína, enzimas, vitaminas, almidón (sensible a la temperatura). H= 48%  T= 40ºC H= 23%  T= 60ºC H= 11%  T= 70ºC H= 3%  T= 80ºC

En este punto se dejara de humedecer al grano y se lo dejara secar al sol volteándolo periódicamente y con mucho cuidado, pues ya en esta parte el grano es mas blando que al principio. 

Molienda.- Se procede a moler el grano para aumentar el área específica del mismo y así obtener con mas facilidad el almidón y sustancias propias de la cebada.

Operación en vía húmeda,- La malta de transforma en un mosto cervecero: 

Maceración.- El objetivo es disolver e hidrolizar las macromoléculas (almidón, proteínas, lípidos de cadena larga) por la acción de enzimas en moléculas asimilables. La sustitución de arroz por una malta es 10% respecto de azucares. En este punto se procederá a calentar la cebada molida en agua destilada, inicialmente solo se calentara para hidrolizar.

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Filtración.- Luego de casi 21 días, la cerveza está prácticamente lista. Solo falta el proceso de filtración. Con la filtración se eliminan todas las materias insolubles y se le da la brillantez característica a la cerveza. Este proceso es controlado y automatizado de modo tal que el producto final mantiene siempre una calidad invariable. Este paso se saltara pues se ira directamente de la maceración a la cocción.

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Cocción.- Objetivos: Esterilizar el mosto, Desarrollar el color, el olor, el aroma, y el gusto a la cerveza (T> 45ºC), estabilización coloidal del mosto, concentrar el mosto hasta el grado brix o plato correcto, darle el gusto amargo debido a la adición del mosto, completar la hidrólisis. En este punto se procederá a controlar la temperatura, aproximadamente por 4 horas, inicialmente a 45ºC y removiendo constantemente la olla por aproximadamente 1 hora, luego elevar la temperatura a 54ºC por media hora, luego

a 65ºC otra media hora, y finalmente a 75ºC hasta que el color sea el adecuado y se desprendan aromas característicos. 

Enfriamiento.- El mosto en el cocimiento se encuentra a una temperatura próxima a los 75º C como consecuencia de haberlo sometido a ebullición constantemente controlada. Ahora el mosto es enfriado hasta 8ºC para luego ser fermentado en enormes recipientes de acero inoxidable. En este punto se deja enfriar de manera lenta pero removiendo constantemente la olla.

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Centrifugar.- Separar los turbios al caliente y al frió. En este punto se procede a filtrar con una coladera directamente al recipiente en cual se lo almacenara.

Fermentación: Temperatura Distribución de

ale 15-16ºC Toda la masa de

Lager 8-10ºC Paredes y en el

levadura Producción de

sustrato Borbotones y

fondo Lento, suave y

CO2 Tiempo Calidad

turbulento 3 a 5 días Mediana buena

chispeante 5 a 10 días Excelente calidad

Operaciones de fermentación.El proceso de fermentación es un proceso biológico en el que interactúan levadura del genero sacharomyces con el mosto cervecero biotransformando ciertos componentes del mosto en metabolitos primarios y secundarios. Produciendo una bebida con propiedades sensoriales aptos y apetecibles para el ser humano. En Bolivia la cerveza que mas se fabrica es la Ale por el precio (a mas temperatura mas es el costo). Separación de lías y Fangos (Trasiego).

Se realiza en tanques cónicos, donde precipita y por decantación se separan las lías de los fangos. Hay que evitar que las levaduras tengan su lisis ya que esto le da un olor a chichado por que libera aminoácidos y proteínas. Si no se puede separa después de unos días, se tiene que tomar la decisión de parar la fermentación para eso de utilizan los antisépticos (SO2), o térmicamente hasta 45-50 ºC. También para matar al tratar con NaCl + H2O, se mide viables y no viables, con cultivo en caja petri y contar cuantas colonias viven y son viables y los no viables se miden por densidad óptica. Al pasar con ultrasonido pasa le tensión y mata a las levaduras y bacterias. En el caso de la sal esta mata el 70% y en el caso del ultrasonido se mata el 90%. Se pueden mediar las levaduras, estas pueden ser viables o no viables. Segunda Fermentación (maduración). 

Temperatura de 2 a 5ºC (frío) influye en la calidad.

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En la cerveza queda levaduras y azúcares residuales , en la segunda fermentación se consume y cuando termina precipitan las levaduras

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Objetivo: Estabilización coloidal (precipitación a temperaturas bajas, agotan los azucares) Desarrollo de olor y aroma ( porque en esta segunda fermentación se producen matabolitos secundarios del (%aroma y sabor)(Esterificación biológica y química)

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El 90% de las levaduras floculan por falta de nutrientes

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Haya carbonatación en la cerveza y la adición de un cierto gusto dulce

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Recipientes a presión herméticamente cerrado, el CO2 se queda

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Mezclamos cerveza de 1º y 2º fermentación, filtramos para eliminar las levaduras.

Para la experiencia se procederá a depositar una levadura en el recipiente con la malta y se lo dejara reposar por varios días, tapado con algodón, controlando los grados Brix según el grado alcohólico que se desee obtener para la cerveza. RESULTADOS Y CONCLUSIONES

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La cerveza obtenida es muy amarga y tiene un grado alcohólico de 9ºBrix, el sabor amargo es muy característico de la cerveza y más aun si es cerveza casera, de la misma forma el elevado grado alcohólico, tendríamos que haber utilizado mas agua en el proceso y añadir algún endulzante, una ves terminada la fermentación.

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El olor es muy suave casi imperceptible, en realidad el sabor no es agradable pero eso es por que estamos acostumbrados a tomar cervezas mas dulces y también debido a que se encuentra a temperatura ambiente.

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El grado alcohólico puede ser rebajado sin problemas a través de diluciones, si eso se desease, pero reduciría el ya pobre olor.

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El color es turbio un amarillo oscuro, esto probablemente debido a la mala eliminación de lías y fangos.

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El sabor también puede ser producto del los agentes antisépticos utilizados.